有限元非线性回弹的分析方法

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1、基于ansys金属板料冲压成型回弹的分析方法关键字：板料冲压成型

2、回弹　　摘要：金属板料冲压成型由于板料冲压成型过程十分复杂，使得对其成型控制非常困难，随着有限元模拟技术的迅速发展，利用有限元软件模拟金属板料冲压成型过程及分析其回弹量已成为可能，本文介绍了利用有限元软件Ansys对金属板料冲压成型过程进行模拟和回弹分析的方法。　　金属板料冲压成型是利用金属塑性变形的特点，通过对金属板料施加压力，使其产生塑性变形从而获得所需要的形状[1]。由于板料冲压成型过程包含大位移、大变形等十分复杂的物理现象，使得对其成型控制非常困难，以前更多的是通过反复试验的方法制造出合乎要求的产品，其过程需要花

3、费大量的时间和经费[2]。随着有限元模拟技术的迅速发展，利用有限元软件模拟金属板料冲压成型过程及分析其回弹量已成为可能，本文介绍了利用有限元软件Ansys对金属板料冲压成型过程进行模拟和回弹分析的方法。　　1Ansys软件分析回弹问题的流程图1Ansys软件分析回弹问题的流程图　　有限元软件Ansys分析回弹问题的流程如图1所示[3]，是利用显示——隐式顺序求解技术来分析回弹问题，为了要得到最终的结果，需要先进行显式计算，然后将显式计算的最终结果输入到隐式模型中进行隐式计算。　　2有限元分析　　2.1有限元模型　　建立有限元模型是模拟板材成形工艺过程的基础，具体的有限元模型要根据工件、

4、模具的实际结构形状来建立，要能够反映出实际加工过程中被成形板材、模具之间的相对位置，以及它们之间的相对运动关系。本文主要讨论的是实现冲压成型回弹分析的模拟方法，故采用比较简单的模型来说明这个问题，模型如图2所示，凸模和凹模表面为非均匀的样条曲线，板料为规则的长方形薄扳。由于是板材，建模时只需建为平面，厚度在定义单元时再输入。　　2.2单元和材料及网格剖分表1材料性能参数表密度弹性模量(GPa)泊松比屈服极限（MPa）强度极限（MPa）钢板7865188.780.324352598凸模、凹模78002000.3　　在实际成型加工时，相对于板材的变形，模具的变形可以不作考虑，除非研究问题是

5、计算模具的应力、应变，在这种条件下，输入材料参数时可以把凸模、凹模定义为刚体，这样处理可以减小很多的计算量，并且计算精度不会差多少，但材料的弹性模量、泊松比仍需按真实值定义，不能够认为是刚体就需要定义为很大的值，否则会在计算时出现不收敛的情况，材料的力学参数如表1所示，采用Plastic-Kinematic材料模型。　　凸模、凹模使用LS_DYNA中的soild164三维实体单元，被加工板材使用shell163壳单元，板料厚度为1mm。每种单元都有很多种算法可以选择，选择适合的算法可以提高计算的速度和精度。在定义沿板厚度方向积分点参数时，如果仅仅是作冲压成型分析，建议设定为3个积分点;

6、如果要做回弹分析，建议选择设定为7个积分点，这样分析的结果更精确，但计算时间也会增加。网格划分采用软件自适应网格划分，模型网格划分如图3所示。　　2.3定义接触面　　凸模和凹模与板材的接触都采用面—面接触方式，并选择自动接触类型，摩擦系数取0.1。需注意，板材必须定义为从面。　　2.4施加载荷　　有限元数值模拟时要尽量反映成型过程中的真实工艺情况，有了真实有效的工艺参数才能保证数值模拟结果的正确，按照实际加工时的参数来设定凸模的速度，求解时间为0.1秒，结果输出文件.RST，输出步数为100。　　2.5成型计算结果图4显式计算结果　　实现显式求解计算有两种方式[4]，一种可以直接在An

7、sys软件中调用Ls_Dyna显式求解器计算，优点是比较快捷方便，缺点是对前面所有步骤的设置不能重新编辑、修改。另一种方式是在DOS状态下，通过DOS命令来调用Ls_dyna求解器来计算。但这种方式必须使用Ls_Dyna特定的文件格式——关键字文件，关键字文件可以通过Ansys软件导出，关键字文件的修改和编辑可以通过操作系统中的写字板功能来完成。板料冲压成型显式计算的结果如图4所示，分别给出了板料的变形图、变形云图、板料的Von-Mises应力云图和板料上节点node2的位移随时间变化的曲线。通过这些图可以显示出在冲压成型的过程中，板料上应力、应变及位移的变化量。node2位移曲线显示

8、了板料的运动已经逐渐变小，足以进行隐式回弹分析。如果在求解结束时有一个大的振荡运动,应该使用一定形式的阻尼重新进行显式分析，否则后面的隐式分析会出现计算不收敛而得不到结果的现象，其原因可能是载荷的不真实或是其它的原因导致无限大的加速度。　　利用Ls-dyna求解器计算的结果文件有两种，一种是以.rst和.his为结尾的Ansys的数据文件;另一种是d3plot和d3thdt的Ls_dyna的结果文件。可以通过Ansys软件的通用后处理器、时间历